(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品素体と、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極と、前記第１の電極上に接合している金属ナノ粒子の焼結体からなる第２の電極とを含む電極とを有する電子部品において、
前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子、またはＡｇに１５重量％以下のＰｄを添加したＡｇ合金ナノ粒子、からなり、
前記第１の電極と第２の電極との接合界面が、前記第１の電極側から前記第２の電極側に向かって、
（ａ）Ａｌを主成分とする第１層、
（ｂ）Ａｌ酸化物を主成分とする第２層、
（ｃ）ＡｌとＡｇとの合金を主成分とする第３層、
（ｄ）前記金属ナノ粒子の構成元素を主成分とする第４層、
の順で配列する多層構造を有することを特徴とする、電子部品。
【請求項２】
第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とが接合部を介して電気的に接続されている電子部品装置において、
前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方が、請求項１に記載の電子部品であり、かつ当該電子部品の前記接合部を介して電気的に接合されている電極が、前記第１の電極と前記第２の電極とを含み、前記第１の電極と前記第２の電極との接合界面が、前記多層構造を有することを特徴とする、電子部品装置。
【請求項３】
前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とが対向した状態で接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の電子部品装置。
【請求項４】
電子部品素体と、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極と、前記第１の電極上に接合しているＡｇナノ粒子の焼結体からなる第２の電極とを含む電極とを有する電子部品の製造方法において、
前記電子部品素体に前記第１の電極を形成する第１の工程と、
平均粒径が１〜１００ｎｍのＡｇナノ粒子と、分散剤と、有機溶媒とを含むＡｇナノ粒子ペーストを、前記第１の電極上に付与する第２の工程と、
前記第１の電極上に付与された前記Ａｇナノ粒子ペーストの周りに所定の空間を保持した状態で、前記Ａｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤と有機溶媒とが除去できる温度以上、前記Ａｇナノ粒子の融点未満の温度で加熱し、かつ、熱風を循環させながら前記Ａｇナノ粒子を焼結させることにより、前記第１の電極上に前記第２の電極を接合させて前記電極を形成する第３の工程と、
を有することを特徴とする、電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程において、前記第１の電極上に付与する前記Ａｇナノ粒子ペーストの付与厚みが、０．１〜２０μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電子部品の製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程において、前記第１の電極上に付与する前記Ａｇナノ粒子ペーストの付与厚みが、０．１〜１５μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電子部品の製造方法。
【請求項７】
前記第３の工程において、大気中に含有される量以上の酸素を含有する雰囲気中で加熱することを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。
【請求項８】
第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間にペースト状の接合材料を付与した後、前記ペースト状の接合材料を硬化させることにより前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極との接合部を形成する電子部品装置の製造方法において、
前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方の製造方法が、請求項４〜７のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法であり、かつ当該電子部品の前記接合部により接合される電極が、前記第１〜３の工程により形成されることを特徴とする、電子部品装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とを対向させた状態で、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極との接合部を形成することを特徴とする、請求項８に記載の電子部品装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる電極を有する電子部品、それを用いた電子部品装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に伴って、半導体パッケージに対する高集積化の要求がますます強まってきている。半導体パッケージを基板に実装および固定して、電気的な導通を得るようにした実装技術にあっても、さらに高集積度、高密度のものが要求されている。【０００３】
このため、半導体パッケージの裏面全体に電極としてのはんだボールを格子状に配列するようにした、いわゆるＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）による接合方式が注目され、実用に供されている。このＢＧＡ方式の半導体パッケージは、上記のように裏面全体に電極を配置するので、半導体パッケージにおける単位面積当たりの電極数を高めることができ、延いては高密度実装や実装面積の縮小に多大の効果を発揮することができる。【０００４】
しかしながら、ＢＧＡ方式を用いた場合、はんだボールのピッチの狭小化に伴って、リフロー時にいわゆるはんだブリッジが生じ、電極間の短絡が発生し易くなる。これははんだ合金を加熱により一旦溶融、液状化した後、冷却して凝固させるという過程を経て接合を行なうマイクロソルダリングには不可避な現象と言える。【０００５】
また、必要な電子部品を複数接合して１つの電子部品装置を製造する際には、電子部品の接合を繰り返す毎に、順次融点の低いはんだ材料を用いて、いわゆるステップはんだ付けが行なわれるが、このステップはんだ付けを行なう場合、第１ステップのはんだ接合には高温はんだを用いる必要がある。このような高温はんだの実用材料としてはＰｂ−５Ｓｎ系が挙げられるが、昨今の環境保全の要求に伴うＰｂ使用に対する規制が厳しくなっており、代替材料の開発が強く望まれている。【０００６】
以上のような課題を解決するため、多数の電極を有する基体であって、平均粒径が１００ｎｍ程度以下の金属核の周囲を有機物で結合、被覆することによって生成した複合型金属ナノ粒子を主材とする接合材料によって、基体の電極を他の基体に設けた電極に接合するようにした電極配設基体およびその電極接合方法が提案されている（特許文献１および２参照）。【０００７】
上記のような接合材料として用いられる金属ナノ粒子ペーストの構成を模式的に表わしたものを図１２に示す。金属ナノ粒子ペースト３００は、平均粒径が１〜１００ｎｍのＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属ナノ粒子３０１の表面を、金属微粒子に含まれる金属元素と配位可能な分散剤３０２（アミン系、アルコール系、チオール系など）で被覆し、分散媒である有機溶剤３０３（トルエン、キシレン、テルピネオール、ミネラルスピリット、デカノール、テトラデカンなど）中に安定に分散させたものである。なおこれら以外にバインダー成分や還元剤などの添加物があってもよい（特許文献３参照）。【０００８】
上記のような非Ｐｂ材料の金属ナノ粒子ペーストを用いれば、従来のはんだ材料のように溶融させた後、凝固させることにより接合するではなく、金属微粒子を低温で焼結させて接合部を形成することができるので、環境負荷が小さくでき、また接合信頼性の高い電子部品装置を得ることができる。【０００９】
特許文献１および２に開示された電極配設基体およびその電極接合方法の一例として、特許文献３に開示された金属ナノ粒子ペーストを用いて、フリップチップ接続することにより得られる電子部品装置の一例の断面図を図１３、その製造工程の一例を図１４に示す。【００１０】
図１４を用いて製造工程を説明すると、まず図１４（ａ）で示すように、上面に電子部品２０５との電気的導通を得るための基板電極２０２、レジスト膜２０３およびダム部２０３´が形成されている基板２０１を準備した後、その基板電極２０２上に金属ナノ粒子ペースト２０４を付与する。【００１１】
次に図１４（ｂ）で示すように、上面に基板２０１との電気的導通を得るための電子部品電極２０６、パッシベーション膜２０７およびダム部２０７´が形成されている電子部品２０５を準備した後、電子部品２０５の上下を反転し、基板電極２０２および電子部品電極２０６が対向するように基板２０１と電子部品２０５とを位置合わせする。【００１２】
次に図１４（ｃ）で示すように、基板２０１と電子部品２０５とを重ね合わせた後に加熱し、金属ナノ粒子ペースト２０４を焼結させて金属ナノ粒子焼結体２０８を形成することにより両者を接合し、図１３に示すような電子部品装置２００を得る。【００１３】
また、基板上に配設された電極の表面に金属粒子との接合性を良くするためにめっきを行なった後、金属微粒子の焼結により微細パターン接続用の多孔質金属バンプを形成することも提案されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平９−３２６４１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８３５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９８３３号公報
【特許文献４】特開２００３−１７４０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、特許文献１および２に開示された電極配設基体およびその電極接合方法の一例を表わす図１３および１４に示される電子部品２０５の電子部品電極２０６としては、電気伝導性および加工性（寸法精度、加工速度など）の観点から、一般にＡｌまたはＡｌ合金が用いられていることが多いが、Ａｌ電極の表面は通常、図１４（ｂ）に示すようにＡｌ酸化物膜２０９で覆われた状態となっている。【００１５】
したがって、そのまま上記のような接合を行なうと、実際には図１４（ｃ）およびそれを拡大して示した図１５のように、基板電極２０２と電子部品電極２０６との間にＡｌ酸化物膜２０９が介在することになる。このような場合、金属ナノ粒子焼結体２０８とＡｌ酸化物膜２０９との間が十分接合せず、接合信頼性および電気伝導性が悪化するという問題がある。【００１６】
また、特許文献４に開示された方法でも、基板上に配設される電極の材料としてＡｌを用いた場合、上記のようにＡｌ電極の表面は通常Ａｌ酸化物膜で覆われた状態となっているため、別途Ａｌ酸化膜を除去する工程がまず必要になり、その後めっきを行なわなければならない。したがって工程が複雑になり、延いては電子部品装置の製造コストが高くなるという問題が出てくる。【００１７】
そこで、この発明の目的は、簡便な製造工程で低い製造コストでありながら、接合信頼性および電気伝導性の高い、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる電極と金属ナノ粒子の焼結体とが接続されている接続部を有する電子部品、それを用いた電子部品装置およびその製造方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した技術的課題を解決するため、請求項１の電子部品は、電子部品素体と、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極と、前記第１の電極上に接合している金属ナノ粒子の焼結体からなる第２の電極とを含む電極とを有する電子部品において、
前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子、またはＡｇに１５重量％以下のＰｄを添加したＡｇ合金ナノ粒子、からなり、
前記第１の電極と第２の電極との接合界面が、前記第１の電極側から前記第２の電極側に向かって、
（ａ）Ａｌを主成分とする第１層、
（ｂ）Ａｌ酸化物を主成分とする第２層、
（ｃ）ＡｌとＡｇとの合金を主成分とする第３層、
（ｄ）前記金属ナノ粒子の構成元素を主成分とする第４層、
の順で配列する多層構造を有することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項２の電子部品装置は、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とが接合部を介して電気的に接続されている電子部品装置において、前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方が、請求項１に記載の電子部品であり、かつ当該電子部品の前記接合部を介して電気的に接合されている電極が、前記第１の電極と前記第２の電極とを含み、前記第１の電極と前記第２の電極との接合界面が、前記多層構造を有することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３の電子部品装置は、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とが対向した状態で接続されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４の電子部品の製造方法は、電子部品素体と、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極と、前記第１の電極上に接合しているＡｇナノ粒子の焼結体からなる第２の電極とを含む電極とを有する電子部品の製造方法において、前記電子部品素体に前記第１の電極を形成する第１の工程と、平均粒径が１〜１００ｎｍのＡｇナノ粒子と、分散剤と、有機溶媒とを含むＡｇナノ粒子ペーストを、前記第１の電極上に付与する第２の工程と、前記第１の電極上に付与された前記Ａｇナノ粒子ペーストの周りに所定の空間を保持した状態で、前記Ａｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤と有機溶媒とが除去できる温度以上、前記Ａｇナノ粒子の融点未満の温度で加熱し、かつ、熱風を循環させながら前記Ａｇナノ粒子を焼結させることにより、前記第１の電極上に前記第２の電極を接合させて前記電極を形成する第３の工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５の電子部品の製造方法は、前記第２の工程において、前記第１の電極上に付与する前記Ａｇナノ粒子ペーストの付与厚みが、０．１〜２０μｍであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６の電子部品の製造方法は、前記第２の工程において、前記第１の電極上に付与する前記Ａｇナノ粒子ペーストの付与厚みが、０．１〜１５μｍであることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７の電子部品の製造方法は、前記第３の工程において、大気中に含有される量以上の酸素を含有する雰囲気中で加熱することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８の電子部品装置の製造方法は、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間にペースト状の接合材料を付与した後、前記ペースト状の接合材料を硬化させることにより前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極との接合部を形成する電子部品装置の製造方法において、前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方の製造方法が、請求項４〜７のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法であり、かつ当該電子部品の前記接合部により接合される電極が、前記第１〜３の工程により形成されることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９の電子部品装置の製造方法は、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とを対向させた状態で、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極との接合部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
この発明に係る電子部品は、電子部品素体と、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極と、前記第１の電極上に接合している金属ナノ粒子の焼結体からなる第２の電極とを含む電極とを有する電子部品において、前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子、またはＡｇに１５重量％以下のＰｄを添加したＡｇ合金ナノ粒子、からなり、前記第１の電極と第２の電極との接合界面が、前記第１の電極側から前記第２の電極側に向かって、
（ａ）Ａｌを主成分とする第１層、
（ｂ）Ａｌ酸化物を主成分とする第２層、
（ｃ）ＡｌとＡｇとの合金を主成分とする第３層、
（ｄ）前記金属ナノ粒子の構成元素を主成分とする第４層、
の順で配列する多層構造を有するので、基板電極との接合の際に、高い接合信頼性および電気伝導性を得ることができる。
【００２９】
すなわち、接合性に問題の発生しやすい、Ａｌ酸化物を主成分とする層と金属ナノ粒子焼結体からなる層との間に、ＡｌとＡｇとの合金を主成分とする、Ａｌ酸化物および金属ナノ粒子焼結体の双方に対して良好な接合性を示す合金層が介在するようにしてあるため、両者を強固に繋ぎ合わせることができている。
【００３１】
また、この発明に係る電子部品装置は、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とが接合部を介して電気的に接続されている電子部品装置において、前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方が、請求項１に記載の電子部品であり、かつ当該電子部品の前記接合部を介して電気的に接合されている電極が、前記第１の電極と前記第２の電極とを含み、前記第１の電極と前記第２の電極との接合界面が、前記多層構造を有するので、前記第１の電子部品と前記第２の電子部品との間に高い電気伝導性を得ることができる。
【００３２】
また、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とが対向した状態で接続されている場合、前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方が、請求項１に記載の電子部品であるため、電子部品の単位面積当たりの電極数を高めて高密度実装や実装面積の縮小を図るに当たり、微細な接続部を形成する必要がある場合にも、十分な接合信頼性を確保できる。
【００３３】
また、この発明に係る電子部品の製造方法は、電子部品素体と、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極と、前記第１の電極上に接合しているＡｇナノ粒子の焼結体からなる第２の電極とを含む電極とを有する電子部品の製造方法において、前記電子部品素体に前記第１の電極を形成する第１の工程と、平均粒径が１〜１００ｎｍのＡｇナノ粒子と、分散剤と、有機溶媒とを含むＡｇナノ粒子ペーストを、前記第１の電極上に付与する第２の工程と、前記第１の電極上に付与された前記Ａｇナノ粒子ペーストの周りに所定の空間を保持した状態で、前記Ａｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤と有機溶媒とが除去できる温度以上、前記Ａｇナノ粒子の融点未満の温度で加熱し、かつ、熱風を循環させながら前記Ａｇナノ粒子を焼結させることにより、前記第１の電極上に前記第２の電極を接合させて前記電極を形成する第３の工程と、を有するので、酸化膜の介在により接合性の問題が発生しやすい、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる電極を有していても、基板電極との接合の際に接合信頼性および電気伝導性の高い電子部品を得ることができる。
【００３４】
すなわち、接合性に問題の発生しやすい、Ａｌ酸化物を主成分とする層と金属ナノ粒子焼結体からなる層との間に、Ａｌと金属ナノ粒子の構成元素との合金を主成分とする、Ａｌ酸化物および金属ナノ粒子焼結体の双方に対して良好な接合性を示す合金層を介在させるようにしてあるため、両者を強固に繋ぎ合わせることができている。【００３５】
従来の接合方法では、図１４（ｃ）のように、基板とチップ部品とを重ね合わせた後に加熱し、言わば基板電極上の金属ナノ粒子ペーストに電子部品を被せて蓋をした状態で焼結させようとしている。その場合、金属ナノ粒子ペーストに含まれる分散剤や有機溶剤などの有機分が残留しやすく、残留した有機分が金属ナノ粒子ペーストを凝集させる働きをし、その作用によって生じた凝集体がまず焼結してしまうという現象が起きる。したがって、ナノレベルで活性度の高かった金属微粒子がミクロンレベルまで大きくなってしまうことで活性度が下がり、電子部品電極としてＡｌまたはＡｌ合金を用いた場合、電子部品電極上のＡｌ酸化物膜との反応性が下がってしまうため、十分な接合性が得られない。【００３６】
一方、この発明に係る電子部品の製造方法では、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の電極上に付与されたＡｇナノ粒子ペーストの周りに所定の空間を保持した状態で、Ａｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤と有機溶媒とが除去できる温度以上、前記Ａｇナノ粒子の融点未満の温度で加熱して前記Ａｇナノ粒子を焼結させることにより、第１の電極上に前記第２の電極を接合させている。
【００３７】
ここで、Ａｇナノ粒子ペーストの周りに所定の空間を保持した状態とは、第１の電極以外、または付与されたＡｇナノ粒子ペーストが濡れ広がらないためのダム部が配設されている場合は第１の電極とダム部以外の何かにＡｇナノ粒子ペーストが接しておらず、上記以外のＡｇナノ粒子ペーストの周りが開放状態となっている状態のことを指す。
【００３８】
この状態でＡｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤と有機溶媒とが除去できる温度以上、Ａｇナノ粒子の融点未満の温度で加熱することにより、Ａｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤や有機溶剤などの有機分が十分分解除去でき、ペースト中のＡｇナノ粒子は当初の大きさを維持することができる。Ａｇナノ粒子は極めて活性度が高く、電子部品電極としてＡｌまたはＡｌ合金を用いた場合でも、電子部品電極上のＡｌ酸化物膜と反応して、Ａｇナノ粒子の構成元素とＡｌとの合金層を容易に形成する。その合金層中ではＡｌとＡｇナノ粒子の構成元素とが逆傾向の濃度勾配を持つように相互拡散しており、Ａｌ酸化物およびＡｇナノ粒子焼結体の双方に対して良好な接合性を示すため、両者を強固に繋ぎ合わせることができる。
【００３９】
したがって、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる電子部品電極上のＡｌ酸化物膜を予め除去することなく、金属ナノ粒子焼結体を十分な接合強度をもって接合させることができ、基板電極との接合の際にも接合信頼性および電気伝導性の高い電子部品を得ることができる。【００４０】
また、上記の製造方法によればＡｇナノ粒子ペーストを有用な接合材料として用いることができるが、一方でＡｇナノ粒子ペーストは、基板電極・配線の形成材料としても使用できる。そのため、金属ペーストを供給する装置として、電極・配線形成工程で使用した設備を共用することが可能になる。このような設備共用により、工程簡略化、設備開発費の抑制と同時に、基板製造工程における電極ピッチ設計ルールと実装工程における電極ピッチ設計ルールが乖離するという問題も解消できる。
【００４１】
また、電子部品の製造方法の第２の工程において、前記第１の電極上に付与する前記Ａｇナノ粒子ペーストの付与厚みを０．１μｍ以上とすることで、接合部となるＡｇナノ粒子ペースト焼結体の厚みが十分確保できるようになり、また２０μｍ以下とすることでＡｇナノ粒子ペーストの分散剤成分が変化しても分散剤と有機溶媒とが十分に分解除去でき、安定して接合信頼性を確保できるようになるため好ましい。
【００４２】
また、電子部品の製造方法の第２の工程において、前記第１の電極上に付与する前記Ａｇナノ粒子ペーストの付与厚みを１５μｍ以下とすることで、Ａｇナノ粒子ペーストの分散剤成分が変化しても分散剤と有機溶媒とをさらに確実に分解除去でき、さらに接合信頼性を高めることができるようになるため好ましい。
【００４３】
また、電子部品の製造方法の第３の工程において、大気中に含有される量以上の酸素を含有する雰囲気中で加熱することにより、Ａｇナノ粒子ペーストに含まれる分散剤や有機溶剤などの有機分が十分分解除去できるため好ましい。
【００４４】
また、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間にペースト状の接合材料を供給した後、前記ペースト状の接合材料を硬化させることにより前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極との接合部を形成する電子部品装置の製造方法において、前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方の製造方法が、請求項４〜７のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法であり、かつ当該電子部品の前記接合部により接合される電極が、前記第１〜３の工程により形成される場合、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の少なくとも一方が酸化膜の介在により接合性の問題が発生しやすい、少なくとも表面がＡｌまたはＡｌ合金からなる電極を有していても、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間の接合信頼性および電気伝導性が高い電子部品装置を得ることができる。
【００４５】
また、電子部品装置の製造方法において、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とを対向させた状態で、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極との接合部を形成する場合、前記第１の電子部品または前記第２の電子部品の少なくとも一方が、請求項４〜７のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法により製造されているため、電子部品の単位面積当たりの電極数を高めて高密度実装や実装面積の縮小を図るに当たり、微細な接続部を形成する必要がある場合にも、十分な接合信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明に係る電子部品装置の一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係る電子部品装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図３】図２（ｂ）の段階での電子部品電極と金属ナノ粒子焼結体との接合部の詳細な領域構成を示す断面図である。
【図４】図２（ｅ）の段階での電子部品電極と基板電極との間の詳細な領域構成を示す断面図である。
【図５】電子部品電極と金属ナノ粒子焼結体との接合界面のＴＥＭ観察結果を示す写真である。
【図６】図５の接合界面近傍をＥＤＸにより組成分析した結果を示すグラフである。
【図７】電子部品電極と金属ナノ粒子焼結体との接合界面のＳＩＭ観察結果を示す写真である。
【図８】オーミック接続率に及ぼす金属ナノ粒子ペーストの付与厚みの影響を示すグラフである。
【図９】この発明に係る電子部品装置の別の例を示す断面図である。
【図１０】この発明に係る電子部品装置の別の例を示す断面図である。
【図１１】この発明に係る電子部品装置の別の例を示す断面図である。
【図１２】金属ナノ粒子ペーストの構成を示す模式図である。
【図１３】従来の電子部品装置の一例を示す断面図である。
【図１４】従来の電子部品装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１５】図１４（ｃ）の段階での電子部品電極と基板電極との間の詳細な領域構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電子部品装置（フリップチップ実装構造）
２、１４、２０、２０５  電子部品
３、１５、２１、２０６  電子部品電極（ＡｌまたはＡｌ合金）
４、１６、２０７  パッシベーション膜
４´、１６´、２０７´  ダム部
５、１０、２０４  付与後の金属ナノ粒子ペースト
６、１１、１７、２２、３０、２０８  金属ナノ粒子焼結体
７、１８、２３、２０１  基板
８、１９、２０２  基板電極
９、２０３  レジスト膜
９´、２０３´  ダム部
１２、２０９  Ａｌ酸化物膜
１３  Ａｌと金属ナノ粒子の構成元素との合金層
２４  基板電極（ＡｌまたはＡｌ合金）
２５  第１層目の基板
２６  第２層目の基板
２７  第３層目の基板
２８、２９  内部電極（ＡｌまたはＡｌ合金）
３１、３２  電子部品
３３  接続部
１００  電子部品装置（フェースアップのベアチップ実装構造）
１１０  電子部品装置（チップ部品実装構造）
１２０  電子部品装置（多層基板構造）
３００  金属ナノ粒子ペースト
３０１  金属ナノ粒子
３０２  分散剤
３０３  分散媒（有機溶媒）
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下に、この発明に係る電子部品、電子部品装置の実施形態およびその製造方法について、図１〜６に基づき詳細に説明する。【００４９】
この発明に係る電子部品および電子部品装置の模式図として、図１にその断面図を示す。【００５０】
この電子部品装置１は、基板７上に電子部品２をいわゆるフリップチップ実装したものである。電子部品装置１の構造について説明すると、電子部品２上にはＡｌまたはＡｌ合金からなる電子部品電極３と、パッシベーション膜４と、パッシベーション膜４の一部を電子部品電極３上に乗り上げさせて形成したダム部４´が配設されている。一方、基板７には電子部品２との電気的導通を得るための基板電極８と、レジスト膜９と、レジスト膜９の一部を基板電極８上に乗り上げさせて形成したダム部９´が配設されている。ダム部４´および９´は、後述する電子部品の製造工程の際、金属ナノ粒子ペーストが濡れ広がらないように設けられたものであり、必ずしも不可欠なものではない。また、この実施形態ではパッシベーション膜４およびレジスト膜９の一部を、それぞれ電子部品電極３および基板電極８に乗り上げさせてダム部を形成してあるが、異なる構成部材により別途ダム部を形成しても良い。【００５１】
上記の電子部品電極３と基板電極８とは、平均粒径が１〜１００ｎｍの金属ナノ粒子焼結体１１により接合されている。電子部品電極３と金属ナノ粒子焼結体１１との接合界面における詳細な領域構成を図４に示す。すなわち、上記の接合界面は、電子部品電極３側から金属ナノ粒子焼結体１１側に向かって、（ａ）Ａｌを主成分とする第１層３→（ｂ）Ａｌ酸化物膜を主成分とする第２層１２→（ｃ）Ａｌと金属ナノ粒子の構成元素との合金を主成分とする第３層１３→（ｄ）金属ナノ粒子の構成元素を主成分とする第４層１１の順で配列する多層構造を有している。【００５２】
上記の多層構造を組成分析により明らかにした結果の一例を図５および図６に示す。図５は電子部品電極３と金属ナノ粒子焼結体１１との接合界面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察した結果であり、図６は図５のＡ−Ａ線上に沿ってＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザー）により組成分析を行なった結果である。なお、この例では電子部品電極３の材質としてはＡｌが用いられており、金属ナノ粒子としてはＡｇナノ粒子が用いられている。【００５３】
図５を見ると、電子部品電極でありＡｌからなる第１層と、Ａｌ酸化物膜１２からなる第２層と、Ａｇナノ粒子焼結体からなる第４層は識別できるが、ＡｌとＡｇとの合金からなる第３層は識別できていない。一方、図６の組成分析では、Ａｌ酸化物膜からなる第２層とＡｇナノ粒子焼結体からなる第４層との間に、ＡｌとＡｇとの合金からなる第３層が明瞭に識別できる。【００５４】
ここでＡｌとＡｇとの合金からなる第３層は、Ａｌ酸化物膜側からＡｇナノ粒子焼結体側に向かってＡｌ濃度が低減し、それに合わせてＡｇ濃度が増加するような濃度勾配を持っている。すなわち、ＡｌとＡｇとの合金からなる第３層は、Ａｌ酸化物層からなる第２層およびＡｇナノ粒子焼結体からなる第４層の双方に対して良好な接合性を示すため、両者を強固に繋ぎ合わせることができている。【００５５】
次いで、この発明に係る電子部品および電子部品装置の製造方法の一例として、図１に示したフリップチップ実装による電子部品装置の製造工程を模式的に表わしたものを図２に示す。【００５６】
まず図２（ａ）で示すように、電子部品２のＡｌまたはＡｌ合金からなる電子部品電極３上に、金属ナノ粒子ペースト５を、ディスペンサなどを用いて付与する。この際、電子部品２上にはパッシベーション膜４やダム部４´が設けられていても良い。上記のように、電子部品電極３の表面はＡｌ酸化膜１２で覆われているため、実際には金属ナノ粒子ペースト５はＡｌ酸化膜１２を介して電子部品電極３上に付与されることになる。【００５７】
次に図２（ａ）で、金属ナノ粒子ペーストの周りに所定の空間を保持した状態、すなわち電子部品電極３とダム部４´以外の何かに金属ナノ粒子ペースト５が接しておらず、上記以外の金属ナノ粒子ペーストの周りが開放状態となっている状態で、金属ナノ粒子ペースト５に含まれる分散剤と有機溶媒とが除去できる温度以上、金属ナノ粒子の融点未満の温度で加熱することにより、図２（ｂ）で示すように電子部品電極３上に金属ナノ粒子焼結体６を接合する。【００５８】
金属ナノ粒子ペースト５の周りに所定の空間を保持した状態で加熱することにより、金属ナノ粒子ペースト５中の有機分は十分分解除去され、金属ナノ粒子は当初の大きさを維持することができるため、極めて活性度の高い金属ナノ粒子が電子部品電極３上のＡｌ酸化物膜１２と反応して、金属ナノ粒子の構成元素とＡｌとの合金層１３を容易に形成することができる。【００５９】
すなわちこの段階で、電子部品電極３と金属ナノ粒子焼結体６とは、図３に示すようにＡｌ酸化物膜１２を介在させながらも金属ナノ粒子の構成元素とＡｌとの合金層１３を介して強固に接合されることになり、以後の基板電極との接合の際にも、接合信頼性および電気伝導性の高い電子部品を得ることができる。【００６０】
次に図２（ｃ）で示すように、基板７の基板電極８上に、金属ナノ粒子ペースト１０を、ディスペンサなどを用いて付与する。この際、基板７上にはレジスト膜９やダム部９´が設けられていても良い。なおこの実施形態では、基板電極８側にも接合材料として金属ナノ粒子ペースト１０を付与したが、基板電極８の材質としてＡｌまたはＡｌ合金が用いられていない場合には、表面に酸化膜が形成されていないか、あるいは接合材料に高い活性度を必要としないので、例えばはんだペーストや導電性接着剤など、金属ナノ粒子ペースト以外に通常用いられる接合材料を用いても良い。【００６１】
次に図２（ｄ）で示すように、図２（ｂ）の工程で準備された電子部品２の上下を反転させ、図２（ｃ）の工程で準備された基板７に対し、位置合わせする。【００６２】
次に図２（ｅ）で示すように、電子部品電極３と基板電極８とが対向するように位置合わせした電子部品２と基板７とを重ね合わせ、その状態で加熱して金属ナノ粒子ペースト１０を焼結させ、電子部品電極３と基板電極８とを接合する接合部（金属ナノ粒子焼結体１１）を形成する。【００６３】
すなわちこの段階で、電子部品電極３と基板電極８とは、図４に示すようにＡｌ酸化物膜１２を介在させながらも金属ナノ粒子の構成元素とＡｌとの合金層１３を介して強固に接合されることになり、接合信頼性および電気伝導性の高い電子部品装置を得ることができる。【００６４】
この発明におけるさらに具体的な実施例について、以下に説明する。
【実施例１】
【００６５】
この実施例は上記の図１に示すフリップチップ実装による電子部品装置であり、電子部品装置１に用いる電子部品２としては、Ｓｉ系の小型半導体素子を用いた。その下面に配設された電子部品電極３はＡｌからなり、電極厚みは０．５〜２．０μｍ程度となるように形成されている。また、電子部品電極３の表面にはＡｌ酸化膜１２が約５〜１０ｎｍ程度の厚みで自然に存在している。電子部品２上にはＳｉＮからなるパッシベーション膜４が配設されている。パッシベーション膜４の電子部品電極３と対応する部位は開口しており、この開口部の周囲に後述する金属ナノ粒子ペーストの広がりを防止するためのダム部４´がパッシベーション膜４の一部を電子部品電極３上に乗り上げさせるようにして形成されている。【００６６】
基板７としては、低温焼成可能なアルミナ系材料を用いたセラミックス基板を用いた。基板７の上面には、電子部品２が搭載される位置に複数の基板電極８が配設されており、基板７の上面のほぼ全面にわたってポリイミド系樹脂からなるレジスト膜９が配設されている。レジスト膜９の基板電極８と対応する部位は開口しており、この開口部の周囲に後述する金属ナノ粒子ペーストの広がりを防止するためのダム部９´がレジスト膜９の一部を基板電極８上に乗り上げさせるようにして形成されている。【００６７】
基板電極８はＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの多層構造となっている。基板電極８の配線幅は１０〜１５０μｍ程度、配線厚みは５〜５０μｍ程度となるように形成されている。なお図示していないが、基板上には他の表面実装部品などを搭載するための別の基板電極が設けられている。【００６８】
金属ナノ粒子ペーストとしては、平均粒径が５ｎｍ程度のＡｇを約７５重量％含有するハリマ化成株式会社製のＡｇナノ粒子ペーストを用いた。このＡｇナノ粒子ペーストを付与厚みが約１５μｍ程度となるようにディスペンサを用いて電子部品電極３上に付与した。【００６９】
上記のようにしてＡｇナノ粒子ペーストが付与された電子部品２を、加熱温度１００〜３００℃、加熱時間１〜６０ｍｉｎ、加熱雰囲気は大気中という条件で熱風循環型オーブンを用いて加熱し、Ａｇナノ粒子ペーストを焼結させた。【００７０】
その段階での電子部品電極３とＡｇナノ粒子焼結体６との接合界面のＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）観察結果を図７に示す。図７から明らかなように、電子部品電極３とＡｇナノ粒子焼結体６とは強固に接合している。【００７１】
また、接合性について電気的導通の観点からも評価した。図８は電子部品電極３上への金属ナノ粒子ペースト５の付与厚みが、オーミック接続率に及ぼす影響を示したものである。この評価を行なう際には、分散剤の異なる２種類のＡｇナノ粒子ペーストを用いた。ここでオーミック接続率とは、電子部品電極３と基板電極８との間で電流−電圧特性を測定した際に、オーミック接続（オームの法則が成り立つ）が得られる確率であり、オーミック接続率が高ければ、電子部品電極３と金属ナノ粒子焼結体６が強固に接合していることを示す。【００７２】
図８を見ると、いずれのＡｇナノ粒子ペーストを用いても、付与厚み２０μｍ以下とすることで、オーミック接続率が実用上問題のないレベルである８０％以上となり、付与厚み１５μｍ以下とすることで、極めて良好な接合性を示す１００％となることが分かる。このことから、種々の金属ナノ粒子ペーストを用いても安定した接合信頼性を得るためには、金属ナノ粒子ペーストの付与厚みを２０μｍ以下とすることが好ましく、１５μｍ以下とすることがさらに好ましい。【００７３】
ここで、金属ナノ粒子ペーストの付与厚みが薄くなると強固な接合が得やすくなるのは、付与厚みが薄くなると、単位時間・単位体積当りの分散剤の燃焼ガス排気と接合界面近傍への酸素供給の量が増加する傾向にあるためである。【００７４】
燃焼ガス排気と接合界面近傍への酸素供給の量が増加すると、単位時間当りの分散剤の分解・除去率が上がり、金属ナノ粒子が活性表面（金属ナノ粒子の表面は元来極めて活性であり、分散剤により不活性化されている）を維持したままＡｌ酸化膜１２の表面と接触するようになる。この結果、金属ナノ粒子の構成元素と電子部品電極３の表面に存在するＡｌ酸化膜中のＡｌとの反応が進行し、金属ナノ粒子の構成元素とＡｌとの合金層１３とが形成される。【００７５】
次に、基板７の基板電極８上にフリップチップ実装によって電子部品２と基板７とを接合するのに十分な量以上で、隣接する電極同士を接続してしまう量未満のＡｇナノ粒子ペースト１０を付与する。【００７６】
次に、Ａｌからなる電極３上にＡｇナノ粒子焼結体６が接合された電子部品２の上下を反転させ、基板電極８上に所定量のＡｇナノ粒子ペースト１０が付与された基板７に対して位置合わせする。【００７７】
次に電子部品電極３と基板電極８とが対向するように位置合わせした電子部品２と基板７とを重ね合わせ、その状態で加熱温度１００〜３００℃、加熱時間１〜６０ｍｉｎ、加熱雰囲気は大気中という条件でリフロー炉を用いて加熱し、Ａｇナノ粒子ペースト１０を焼結させ、電子部品電極３と基板電極８とを接合する接合部（Ａｇナノ粒子焼結体１１）を形成する。【００７８】
なお、この実施例に示した電子部品、電子部品装置の実施形態およびその製造方法は一例であって、これ以外にもこの発明内容の範囲内であれば種々の変形を行なうことは差し支えない。【００７９】
例えば、電子部品２としてＳｉ系以外のＧａＡｓ系半導体や表面弾性波素子などを用いて電子部品装置１を構成することもできる。【００８０】
また、電子部品２上に配設されるパッシベーション膜４および基板７上に配設されるレジスト膜９は、必要に応じて設けられるものであって、不可欠なものではない。同様に金属ナノ粒子ペーストが濡れ広がり難い電子部品および基板材質の場合、ダム部４´および９´は形成しなくても良い。【００８１】
また、電子部品電極３は、９０重量％以上のＡｌを含有するようなＡｌ−１Ｃｕ、Ａｌ−１Ｓｉ、Ａｌ−１Ｓｉ−０．５Ｃｕなどを用いることもできる。また電子部品電極３の少なくとも表面はＡｌまたはＡｌ合金であるような場合、すなわちＡｕやＣｕのバンプが形成されている上に、Ａｌまたは上記のようなＡｌ合金がスパッタリングもしくは蒸着などの方法により膜状に形成されている場合にも、その表面にはＡｌ酸化膜が存在しているので、この発明を効果的に適用することができる。基板電極８はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどを単層構造として用いても良く、ビア構造となっていても良い。【００８２】
また、金属ナノ粒子としては、Ａｇナノ粒子以外にＡｇ−Ｐｄ合金などのＡｇ合金ナノ粒子や、Ａｕナノ粒子またはＣｕナノ粒子などを用いても良い。例えばＡｇにＰｄが１５重量％程度添加されているＡｇ−Ｐｄ合金ナノ粒子を用いた場合、電子部品装置の使用環境によっては発生する可能性のあるＡｇマイグレーションを効果的に抑制することができる。【００８３】
また、金属ナノ粒子ペーストの付与はインクジェット装置、スクリーン印刷または転写など、電極面積に合わせた方法で行なうことができる。特に微量の金属ナノ粒子ペーストの付与を行なう際には、吐出量が高精度に制御できるマイクロディスペンサやインクジェット装置を用いることが好ましい。【００８４】
また、金属ナノ粒子ペーストを焼結させる際には、金属ナノ粒子ペーストに含まれる分散剤や有機溶剤などの有機分が十分分解除去するのに十分な酸素供給がある状態、すなわち大気中に含有される量以上の酸素を含有する雰囲気中で加熱することが好ましい。加熱装置としては、赤外線加熱オーブンやホットプレート、またははんだリフロー炉を転用するなどして、電子部品の形態や処理数量に合わせたものを用いることができる。【００８５】
また、この実施例では基板７の基板電極８側にフリップチップ実装によって電子部品２と基板７とを接合するのに十分な量以上で、隣接する電極同士を接続してしまう量未満のＡｇナノ粒子ペースト１０を付与するようにしたが、電子部品電極３側、または基板電極８側と電子部品電極３側との双方に付与するようにしても良い。【００８６】
また、電子部品２および基板７はそれぞれ個片の状態で接合するのではなく、分割前のウエハ状態および集合基板状態で接合し、その後分割して電子部品装置１としても良い。そのようにすることで生産性を向上させることができる。【００８７】
また、製造された電子部品装置１の電子部品２と基板７との間にアンダーフィル樹脂を充填して、硬化させる工程を追加しても良い。この工程追加により、この発明の電子部品装置１は、実際に使用される時に接続部に生じる歪み（電子部品２と基板７との線膨張係数差に起因する歪み）を低減することができ、耐環境性能をより高めることができる。電子部品２として分割前のウエハや基板７として集合基板を使用した場合には、接合して樹脂充填した後、電子部品装置１を個片に分離する工程を設けてもよい。
【実施例２】
【００８８】
図９にこの発明の別の実施例を示す。この実施例はベアチップをフェースアップで基板実装した構造の電子部品装置であり、電子部品装置１００に用いる電子部品１４としては、Ｓｉ半導体素子を用いている。電子部品１４の上面には電子部品電極１５とパッシベーション膜１６が配設されており、パッシベーション膜１６の一部が電子部品電極１５に乗り上げるような形でダム部１６´が形成されている。【００８９】
また基板１８は、低温焼成可能なアルミナ系材料を用いたセラミックス基板が用いられている。基板１８の上面にはＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの多層構造となっている基板電極１９が配設されており、Ａｇナノ粒子焼結体１７を介して電子部品電極１５と電気的に導通している。【００９０】
ここで、電子部品電極１５はＡｌからなっており、その表面はＡｌ酸化膜１２で覆われているが、Ａｇナノ粒子焼結体１７との接合界面にはＡｇとＡｌとの合金層１３が形成されており、電子部品電極１５側からＡｇナノ粒子焼結体１７側に向かって、図６で示したような多層構造を有している。【００９１】
この電子部品装置１００は、実施例１でのフリップチップの代わりにフェースアップで予めＡｇナノ粒子焼結体を接合した電子部品１４を基板１８へ戴置した後、加熱条件などは実施例１と同様にして製造することができる。
【実施例３】
【００９２】
図１０にこの発明のさらに別の実施例を示す。この実施例は受動部品を基板実装した構造の電子部品装置であり、電子部品装置１１０に用いる電子部品２０としては、ＢａＴｉＯ3系の誘電体材料を用いた積層セラミックコンデンサを用いている。電子部品２０の両端部にはＣｕ焼結体からなる下地電極の上にＮｉ／Ｓｎめっきが施された電極２１が配設されている。【００９３】
また基板２３は、ガラスエポキシを用いた複合材料基板が用いられている。基板２３の上面にはＡｌの単層構造となっている基板電極２４が配設されており、Ａｇナノ粒子焼結体２２を介して電子部品電極２１と電気的に導通している。【００９４】
この実施例の場合、基板電極２４の表面がＡｌ酸化膜１２で覆われているので、基板電極２４上にＡｇナノ粒子ペーストを付与し、基板電極２４側にＡｇとＡｌとの合金層１３とＡｇナノ粒子焼結体とが形成してある。したがって、基板電極２４側からＡｇナノ粒子焼結体２２側に向かって、図６で示したような多層構造を有している。【００９５】
この電子部品装置１１０は、予めＡｇナノ粒子焼結体を接合した基板２３へチップマウンタなどにより電子部品２０を戴置した後、加熱条件などは実施例１と同様にして製造することができる。
【実施例４】
【００９６】
図１１にこの発明のさらに別の実施例を示す。この実施例は多層基板構造の電子部品装置であり、電子部品装置１２０中に第１層目の基板２５、第２層目の基板２６および第３層目の基板２７を含んでいる。第１層目の基板２５中にはＡｌからなる内部電極２８と積層セラミックコンデンサなどの電子部品３１とが内包されており、また第３層目の基板２７中には第１層目と同様にＡｌからなる内部電極２９と積層セラミックコンデンサなどの電子部品３１が内包されている。内部電極２８と２９とは、第２層中に形成されたビアホール中の導電性ペーストを硬化させた接続部３３により接続されている。多層基板の材料としては、エポキシ樹脂中にアルミナなどの無機質のフィラーを混合させた複合材料を用いることができる。【００９７】
この実施例では、内部電極２８と２９との表面がＡｌ酸化膜１２で覆われているので、内部電極２８、２９上にＡｇナノ粒子ペーストを付与してＡｇとＡｌとの合金層１３とＡｇナノ粒子焼結体３０とが形成してある。したがって、内部電極２８、２９側からＡｇナノ粒子焼結体３０側に向かって、図６で示したような多層構造を有している。【００９８】
多層基板の製造方法としては、まず内部電極２８と２９とを予めパターン形成しておき、その上に電子部品３１と３２とをそれぞれ実装してから、プリプレグ状の多層基板材料を押し付けて、内部電極２８、２９および電子部品３１、３２とをプリプレグ中に内包させる。【００９９】
次いでプリプレグを所定の条件で硬化させた後、内部電極の露出面側にＡｇナノ粒子ペーストを付与し、実施例１と同様の加熱条件で焼結させることで、Ａｇナノ粒子焼結体が接合された第１層目の基板２５と第３層目の基板２７を作製する。【０１００】
次いで第２層のプリプレグにビアホールを開孔し、熱硬化性の導電性ペーストを充填した後、第１層目の基板２５と第３層目の基板２７の間に第２層目の基板２６となるプリプレグを挟み、位置合わせして重ね合わせた上で加熱接合する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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